5G地铁覆盖解决方案探讨

查

昊袁朱巧玉

渊中通服咨询设计研究院有限公司袁江苏省南京市210019冤

摘

要

地铁无线覆盖是一种特殊场景的信号覆盖遥针对地铁场景的覆盖要求袁文章分析

地铁覆盖的难点袁指出地铁站台尧站厅采用的传统室分器件袁不支持5G频段袁系统改造面临技术不可行尧实施难尧成本高的巨大挑战袁而隧道场景在3.5GHz和1.8GHz覆盖中存在着巨大差异遥在此基础上指出院5G地铁场景仍将以传统漏缆+DIS渊室内数字系统冤方式统筹覆盖袁并对3类场景展开分析袁为后续5G室内特殊场景建设提供必要的指导建议遥关键词

分布式天线系统曰室内数字化分布式基站曰漏缆电缆

0引言

地铁已经成为城市市民便捷出行的最主要方式

但随之而来的却是袁Sub6G频段部署在室内袁其覆盖能力差异较大遥按照电波传播规律袁频率越高袁空中传播损耗越大袁墙体或玻璃的穿透损耗也越大遥不同频段室内空口损耗差见表1遥

从表1来看袁电波在3.5GHz频段的传播损耗和穿透损耗均较大袁相比传统Sub3G采用1.8GHz频段袁其综合损耗大10.6dB左右遥进一步考虑到建筑物内部各种阻挡袁高频覆盖室内深处的效果将更差袁因此相对于Sub3G频段袁更多的室内建筑需要单独建一张3.5GHz频段的5G网络遥1.1

站台尧站厅覆盖分析

地铁站台尧站厅覆盖现阶段都采用DAS系统袁而DAS系统由功分器尧耦合器尧馈线尧吸顶天线等组成遥目前已建设的DAS系统不支持5G频段袁系统改造面临技术不可行尧实施难尧成本高的巨大挑战遥渊800~2700MHz冤频段遥多组抽样测试结果表明袁Sub3G器件的关键性能指标渊如插损尧耦合度尧驻波系统单部件是无法支持3.5GHz频段的袁现网馈线损耗虽然可以传输3.5GHz信号袁但损耗会比Sub

首先袁DAS系统无源器件仅支持Sub3G

之一袁而随着5G商业进程化加快袁针对此类冷热变换的场景袁如何满足5G新型业务及区域性的爆发性容量需求袁实现地下区域内公共移动通信优质服务袁是5G建设面临的巨大挑战遥

15G地铁覆盖的难点分析

地铁多为封闭式室内场景袁一般覆盖区域包括

站厅尧站台尧地铁人员工作区域以及区间隧道袁前三类场景袁在4G时代都采用DAS渊分布式天线系统冤覆盖袁对于隧道场景采用漏缆进行覆盖遥地铁的公网覆盖系统目前普遍采用中国铁塔公司承建尧运营商共享的建设方式袁主要采用POI渊多系统接入平台冤设备进行覆盖遥

根据工信部揖2017铱276号文要求袁规划3300~3600MHz和4800~5000MHz作为5G系统的工作频段袁其中3300~3400MHz原则上限室内使用遥采用Sub6G渊6GHz以下冤频段部署5G袁可以充分利用频谱资源优势袁带来10倍以上的用户体验遥

表1

频段/GHz1.83.5比冤无法满足3.5GHz频段的要求遥因此袁现网DAS

不同频段室内空口损耗差

传播损耗差值/dB基准4.8穿透损耗差值/dB基准10.6自由空间损耗差值/dB基准5.8技术交流3G高遥不同频段室内端到端损耗差见表2遥

表2不同频段室内端到端损耗差

频段/GHz1.83.5*3.5GHz边缘场强假设为-110dBm*空间链路模型采用3GPPTR38.901协议定义要求

端到端损耗差渊分布+传播+穿透冤

9dB基准

2019年第5期而根据TEM渊电磁波冤传播公式计算可知院13/8\"漏缆截止频率为3GHz袁无法很好地支持3.5GHz频段遥即使采用大功率3.5GHzRRU渊使用大功率RRU可以避免漏缆开段距离不变动冤进行简单合路袁也会因为缆线不支持的原因袁造成损耗较高袁影响连续覆盖效果遥3.5GHz与1.8GHz频段差异尧覆盖差异见表3尧表4遥

通过表3尧表4分析可以知道袁在存量隧道场景3.5GHz和1.8GHz的覆盖存在着巨大的差异袁因此建议对新建场景优先采用2T2R渊2发2收冤设备进行漏缆部署袁采用支持3.5GHz缆线的1-1/4\"漏缆进行覆盖遥新型的1-1/4\"漏缆的内导体采用螺旋皱纹铜管袁对槽孔开槽方式进行了优化袁缆线指标更好袁可满足3.5GHz频段要求遥

同时也可以考虑采用可变耦合损耗漏缆或者泄漏型波导管进行覆盖遥前者是为了满足野基本恒定信号的电平冶的要求袁产生的耦合损耗随着泄漏电缆的轴向长度而逐渐减低的泄漏电缆袁其目的是补偿传输损耗袁并使沿电缆长度方向的覆盖电平损耗维持在一个近似恒定的水平上曰而后者充分利用了波导管传输损耗小尧传输信息量大尧场强分布均匀尧抗干扰能力强等诸多优点袁两种技术都可以增强3.5GHz频段的连续覆盖要求遥但是现阶段可变耦合漏缆和波导管几乎都没有规模商用袁虽然地铁CBTC渊通信列车自动控制系统冤系统采用波导管进

从表2来看袁3.5GHz比1.8GHz的端到端损耗高9dB遥基于4G网络叠加改造5G袁网络覆盖将会有较大程度的恶化遥如果要达到同点位覆盖袁则5G信源功率要达到160W渊业界3.5GHz功放管技术还没有做到单通道发射功率超过100W冤袁或者5G信源数量要增加到原有信源数量的8倍遥这两种方法都很难实现袁没有可操作性遥同样袁新建的5G无源分布系统也将面临损耗大尧成本高的问题遥另外5G与2G/3G/4G网络共存袁无源分布式天线系统互调干扰更加复杂袁同时考虑到实际的5G信源功率更大尧频段更宽尧互调干扰更大袁无源分布式天线系统无论是新建还是改造都难以支持3.5GHz频段的5G网络遥采用DIS渊室内数字系统冤覆盖袁将是此类场景首选方案遥1.2

隧道覆盖分析

现阶段地铁区间隧道都采用13/8\"漏缆覆盖袁

表33.5GHz与1.8GHz频段差异

1.8GHz13/8\"漏缆馈线损耗dB/100m耦合损耗dB渊95%冤车厢损耗/dB1.8GHz与3.5GHz频段差异

3.9563343.5GHz7.2469.639差异8.2/250m6.65-19.8dB表43.5GHz与1.8GHz覆盖差异

3.5GHz与1.8GHz隧道覆盖对比3.5GHz与1.8GHz频段差异

发射功率谱分集增益

3.5GHz与1.8GHz覆盖差异

LTE1.8GHz基准

基准渊1伊20W/20M冤

基准0NR下行3.5GHz-19.8dB-1dB渊1伊80W/100M冤

3dB渊UE4R冤-17.8/dBUNR上行3.5GHz-19.8dB3dB1dB渊UE2T冤-15.8/dB2019年第5期技术交流2冤新建场景2

存量DAS场景2-1院DAS泄漏电缆未贯穿站台袁DAS信源位于隧道袁如图1所示遥

存量DAS场景2-2院DAS泄漏电缆未贯穿站台袁DAS信源位于站台袁如图2所示遥

场景2-1尧2-2可采用DIS覆盖站台和站厅遥3冤新建场景3

存量DAS场景3-1院DAS泄漏电缆贯穿站台袁DAS信源位于隧道袁如图3所示遥

存量DAS场景3-2院DAS泄漏电缆贯穿站台袁DAS信源位于站台袁如图4所示遥

场景3-1尧3-2袁站台和站厅存在干扰袁可考虑采

行覆盖袁但是由于每米造价成本是传统漏缆覆盖的5倍以上袁造成了规模推广受限袁所以传统漏缆仍然可能是5G隧道场景最佳覆盖手段渊当前铁路当局出于安全考虑袁只接受漏缆方案冤遥

2现阶段5G地铁覆盖解决方案选择

通过上一节的分析袁5G地铁场景仍将以传统

漏缆+DIS方式统筹覆盖遥根据现网调研结果存在以下3类场景遥

1冤新建场景1

采用DAS+DIS混合组网方式袁DIS覆盖站厅和站台区域袁隧道仍然由RRU+泄漏电缆覆盖遥

图1DAS信源位于隧道

图2DAS信源位于站台

图3DAS信源位于隧道

技术交流2019年第5期图4DAS信源位于站台

用DIS异频覆盖遥

综上袁后续地铁覆盖建议采用场景1和场景2作为首选覆盖方式遥

善的方法和技术袁以进一步优化地铁场景的覆盖袁这也是下一步研究的重点和方向遥

参考文献

1

樊恒波袁查昊.5G网络室内覆盖方案分析咱J暂.电信快报袁2018袁渊5冤院22-26.

3结束语

地铁覆盖场景在不同无线制式下一直是各个通

信运营商关注和建设的重点袁5G高频段带来了频谱效率的增加袁同时也给覆盖增加了难度遥通过上文的分析和建议袁可以预见到院随着高频材料和工艺技术的提高以及规模化的应用袁必然会出现更加合理尧完

查

昊渊1977要冤袁男袁高级工程师袁主要从事室

收稿日期院2019-01-08

内分布规划和设计方面的工作遥

渊上接第9页冤

2345

曹毅宁,王俊华,罗青松.基于软件定义的野IP+光冶协同控制研究咱J暂.光通信技术,2018渊4冤院21-24.

厉晓双.基于SDN控制的IP网和光网络联合优化技术研究咱D暂.北京院北京邮电大学袁2015.

周宇.面向IP及光网络融合的控制技术研究咱D暂.北京院北京邮电大学袁2018.

王东山袁马跃袁李艳袁等.面向电力业务的野IP+光冶网络协同统一控制技术咱A暂//中国电机工程学会电力信息化专要2018电力行业信息化业委员会.数字中国能源互联要要年会论文集咱C暂.2018.

4结束语

随着ROADM渊可重构光分插复用器冤尧OTN渊光

传送网冤等技术的成熟与普及袁光网络逐渐具备动态的资源调度与灵活配置的能力遥本方案引入SDN技术袁在有效整合IP网络和光网络资源的基础上袁实现业务路径的快速开通袁提升资源利用率与网络运维效率袁达成IP网络和光网络的有效协同遥希望本文提出的系统与方法能为业界推动IP网络和光网络的融合提供一定参考价值遥

参考文献

1

徐月欢,郑斗,李凤云袁等.IP网和光网络联合优化中流量疏导技术研究现状咱J暂.光通信技术,2017,41渊6冤院14-17.

鞠卫国渊1986要冤袁男袁工学博士袁通信工程师袁主要从事SDN/NFV尧数据通信尧光传输领域规划设计工作遥

收稿日期院2019-03-18